セグメントの連結構造
【課題】 複数のセグメントを千鳥状に連結するためのセグメントの連結構造において、特に大きな曲げモーメントに対しても対抗しえる高耐力および高剛性セグメントの連結構造を提供する。
【解決手段】 トンネル又は立坑の周方向に隣接するセグメントの当接される継手板２１同士を跨いで、且つ上記周方向に対して略直角方向へ複数のセグメントに渡って、配設された補剛梁２３と、前記当接される継手板２１に対してトンネル又は立坑の軸方向に隣り合うセグメントの主桁２５において、セグメント高さ方向の前記補剛梁２３が配設されている側の当該主桁２５の端部に、前記隣り合う継手板２１の当接箇所を跨ぐように、溶接により固着された板状の補強部材２４とを備え、前記補剛梁２３は前記補強部材２４に接合されていることを特徴とするセグメントの連結構造。
【解決手段】 トンネル又は立坑の周方向に隣接するセグメントの当接される継手板２１同士を跨いで、且つ上記周方向に対して略直角方向へ複数のセグメントに渡って、配設された補剛梁２３と、前記当接される継手板２１に対してトンネル又は立坑の軸方向に隣り合うセグメントの主桁２５において、セグメント高さ方向の前記補剛梁２３が配設されている側の当該主桁２５の端部に、前記隣り合う継手板２１の当接箇所を跨ぐように、溶接により固着された板状の補強部材２４とを備え、前記補剛梁２３は前記補強部材２４に接合されていることを特徴とするセグメントの連結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセグメントを千鳥状に連結して構造物を構築するためのセグメントの連結構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルにおいては、複数のセグメントからなる覆工体をトンネル内面に組み立てて構築される。このとき、従来の円形トンネルと異なり、道路トンネル分岐合流部等においては、かかる分岐合流部と本線トンネルの接続部近傍において大きな曲げモーメントが局所的に負荷されることになる。
【０００３】
このためシールドトンネルにおいては、シールドトンネル全体の構造耐力および剛性を向上させるべく、隣接するセグメントリング間でセグメントを千鳥配置に連結し、かつセグメントリング間をリング間継手で結合することで、かかる連結をより強固にしている。
【０００４】
ところで、これらセグメントの連結構造においては、セグメント本体と比較してセグメント連結部の耐力および剛性が小さいため、大きな曲げモーメントが負荷される箇所においてこれを構築する場合には、特にこの連結構造について高耐力化、高剛性化を図る必要があった。
【０００５】
近年において提案された高耐力なセグメントの連結構造は、例えば、特許文献１等において開示されているが、これらはあくまで継手の構造をより複雑化させ、製作コストの増大を招くという点において問題があった。
【０００６】
また、従来においては、連結構造における継手構造を構成するボルト径をより太くし、ボルトを多段に亘って配置させ、或いは継手板の板厚を増大させることにより、かかる継手構造自体の高耐力化が試みられてきた。
【０００７】
しかしながら、かかる継手構造を構成するボルトの太径化を図る場合において、例えばＭ２０ｍｍ程度のボルト径をＭ５６ｍｍ程度まで太くすると、これを螺着させるための締め付け作業において作業者の負担が増大してしまう。また、かかるボルトを２段、更に、３段、４段と多段配置させる場合には、隣接するボルトの間隔が例えば数十ｍｍ程度と極めて狭小となるところ、さらなる高耐力化を図ることができない点において問題があった。
【０００８】
特にトンネル構造の大深度化が進展するに際し、トンネルに負荷される曲げモーメントが飛躍的に増大するところ、セグメントの継手構造に対して更なる高耐力化、高剛性化が要求されることになるが、継手構造の改良のみでは、かかる要求に応えることができなくなってきている。このため、かかる大深度におけるトンネル工事を実現する上でも、トンネル全体の構造耐力および剛性を向上し得る新たな連結構造を提案する必要があった。
【０００９】
そのため、特許文献２では、トンネル周方向に隣り合うセグメント同士の継手部を箱状とし、継手板を地山側に突出させて２箇所、セグメント内部側に１箇所設けてボルト接合し、更に箱内にグラウトを注入した高剛性、高耐力のセグメント連結構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−０９０１９７号公報
【特許文献２】特開平７−６２９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示のセグメントの連結構造では、トンネル周方向の連結においては、高耐力、高剛性になるものの、トンネル軸方向のセグメントリング間の耐力及び剛性は不十分であるという問題があった。
【００１１】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、複数のセグメントを千鳥状に連結するためのセグメントの連結構造において、特に大きな曲げモーメントに対しても、トンネル周方向及び軸方向共に対抗し得る高耐力及び高剛性のセグメントの連結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した問題点を解決するために、本発明のセグメントの連結構造は、（１）継手板及び主桁を有する複数のセグメントを千鳥状に連結するトンネル又は立坑を構成するセグメントの連結構造であって、トンネル又は立坑の周方向に隣接するセグメントの当接される継手板同士を跨いで、且つトンネル又は立坑の軸方向へ複数のセグメントに渡って、配設された補剛梁と、前記当接される継手板に対してトンネル又は立坑の軸方向に隣り合うセグメントの主桁において、セグメント高さ方向の前記補剛梁が配設されている側の当該主桁の端部に、前記隣り合う継手板の当接箇所を跨ぐように、溶接により固着された板状の補強部材とを備え、前記補剛梁は前記補強部材に接合されていることを特徴とする。
【００１３】
（２）（１）記載のセグメントの連結構造において、前記補剛梁が、Ｈ形鋼又は角形鋼管からなることを特徴とする。
【００１４】
（３）（１）又は（２）記載のセグメントの連結構造において、前記主桁に固着されている補強部材の前記周方向における端部と、当該主桁と前記軸方向に隣接する主桁に固着されている補強部材の端部とが、前記軸方向の１断面において重なっていることを特徴とする。
【００１５】
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載のセグメントの連結構造において、前記継手板と前記主桁とが構成する隅角部の前記補剛梁側には、板状の伝達プレートが前記継手板及び前記主桁に溶接により固着されており、且つ、当該伝達プレートに前記補剛梁が接合されていることを特徴とする。
【００１６】
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載のセグメントの連結構造において、前記補剛梁は、前記連結すべきセグメントのトンネル又は立坑の内面側、外面側の少なくともいずれかに配設されていることを特徴とする。
【００１７】
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載のセグメントの連結構造において、前記当接される継手板の高さをセグメント高さよりも低くし、当該継手板の高さに合せて前記継手板の当接箇所における前記主桁及び前記補強部材の形状を調整して、前記補剛梁のセグメント高さ方向の突出を小さくしたことを特徴とする。
【００１８】
（７）（１）〜（６）のいずれかに記載のセグメントの連結構造において、前記補剛梁が、トンネル２次覆工構造内に設置されていることを特徴とする。
【００１９】
尚、本発明でいうところのトンネルには、道路用、鉄道用に限らず、水路用や電線用等の暗渠を含むものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、トンネル又は立坑の周方向に隣接するセグメントの当接される継手板同士を跨いで、且つ上記周方向に対して略直角方向へ複数のセグメントに渡って、配設された補剛梁と、前記当接される継手板に対してトンネル又は立坑の軸方向に隣り合うセグメントの主桁において、セグメント高さ方向の前記補剛梁が配設されている側の当該主桁の端部に、前記隣り合う継手板の当接箇所を跨ぐように、溶接により固着された板状の補強部材とを備え、前記補剛梁は前記補強部材に接合されているセグメントの連結構造としていることから、大きな曲げモーメントが生じても、トンネル周方向及び軸方向共に対抗し得る、高耐力、高剛性なセグメントの連結構造とすることができる。
【００２１】
すなわち、補剛梁並びに補強部材を配設するのみで、周方向に隣接するセグメントの境界において曲げモーメントを抑えつつ、応力伝達性能を向上させることができる。この補剛梁並びに補強部材の配設は比較的容易であり、材料や工数に必要なコストの低減化をも図ることができる。また、従来技術の如く継手構造の構成を複雑化させる必要もなくなることから、セグメントの連結構造のさらなるコスト低減を図ることも可能となる。また、周方向に隣接するセグメントの境界において曲げモーメントを小さくすることができることから、継手構造を構成する継手ボルトも細径化させることが可能となり、またこれら継手ボルトを多段配置させる必要もなくなることから、製作に伴う労力を軽減させることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の対象となるセグメントは、鋼板を組立て或いは鋳造により製造される鋼殻セグメントおよび鋼殻の内部にコンクリートを充填してなる合成セグメントである。
【００２３】
鋼殻セグメントは主桁、継手板、スキンプレート、縦リブで構成されるものであり、合成セグメントには前記鋼殻セグメント内部にコンクリートを充填したものであるが、場合によってはコンクリート中に異形棒鋼を配置する構造もある。
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、複数のセグメントを千鳥状に連結するためのセグメントの連結構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係るセグメントの連結構造が適用されるシールドトンネル３の例を示している。この図１に示すように、シールドトンネル３は、複数の円弧状のセグメント４をセグメント継手部５においてリング状に連結した覆工体をトンネル内面に組み立てて構築される。このシールドトンネルにおいては、シールドトンネル３全体の構造耐力および剛性を向上させるべく、隣接するセグメントリング２間でセグメント４を千鳥配置に連結し、かつセグメントリング２間を結合することで、かかる連結をより強固にしている。
【００２６】
図２は、シールドトンネル３の軸方向、周方向に連結されたセグメントリング２のトンネル内面側の正面図である。この図２に示すように、各セグメント４は、周方向に隣接するセグメントを連結するための連結構造１１が形成されている。この連結構造１１は、連結すべきセグメント４の周方向端部に設けられた継手板２１と、周方向に隣接するセグメント４間で互いに当接させた継手板２１を固定させる継手ボルト２２とを有する継手部２０と、当接させた継手板２１同士を跨らせて周方向に対して略直角方向に（軸方向に）配設された補剛梁２３と、継手板２１の当接箇所に対応してトンネル３の軸方向に隣り合うセグメント４の主桁において、セグメント高さ方向の補剛梁２３が配設されている側の主桁２５端部に、隣り合う継手板２１の当接箇所を跨ぐように固着された補強部材２４と、好ましくは、当接される継手板２１と主桁２５との隅角部において、セグメント高さ方向の補剛梁２３側に固着された伝達プレート２９とを備えている。
【００２７】
図３（ａ）、（ｂ）は、図２に示す連結されたセグメントリングの一部側面図であり、（ａ）は図２のＡ−Ａ方向からの側面、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ方向からの側面を示した図である。
【００２８】
継手板２１は、例えば、セグメントリング２の側面図である図３(b)に示すように、周方向に隣接するセグメント４の接合面としての役割を果たす。継手板２１は、その上端がセグメント４の上面を構成するスキンプレート２８と接触させて構成される。この継手板２１の接合面には、継手ボルト２２を挿通可能な孔３１が上下、左右２箇所ずつ、計４箇所に亘り形成されている。この継手板２１は、隣接するセグメント４における継手板２１と当接させるときに、相互に孔３１の位置が合うように位置調整されることになる。継手板２１の高さにもよるが、継手ボルト２２を３段以上にすることは、施工性の悪化や、ボルト間隔の狭小化による耐力低下を招くため、あまり好ましくない。
【００２９】
継手ボルト２２は、この隣接するセグメント４間に当接させた継手板２１の孔３１に挿入される。この孔３１に挿入された継手ボルト２２の先端部２２ａは、相手側のセグメント４における継手板２１から突出されることになり、当該先端部２２ａに形成されている螺子部と継手ナット３２とを螺合させることにより、これら当接された継手板２１を強固に固定することが可能となる。
【００３０】
補剛梁２３は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、略鉛直に向けられたウェブ４２の上下端に上部フランジ４１と下部フランジ４３がそれぞれ形成されたいわゆるＨ形鉄骨梁（例えば、Ｈ形鋼）とすることが好ましい。図３の例は、この補剛梁２３をシールドトンネル３の内面側に配設する場合を示している。
【００３１】
図３（ａ）において、この補剛梁２３は、セグメント４の高さ方向におけるトンネル内面側の主桁２５（図２参照）端部に溶接により固着されている補強部材２４に対して、接続ボルト４５並びに接続ナット４６により固定される。かかる場合には、この補剛梁２３における上部フランジ４１には、接続ボルト４５のボルト径に応じた孔４７を予め形成させておくことが必要になる。ちなみにこの補剛梁２３は、補強部材２４に対してボルト接合する場合に限定されるものではなく、溶接等により固着させるようにしてもよいが、作業の容易性や施工性を考慮するとボルト接合が好ましい。
【００３２】
図３（ｂ）において、この補剛梁２３は、セグメント４の継手板２１と主桁２５とが構成する隅角部でのセグメント高さ方向のトンネル内面側において、継手板２１及び主桁２５（図２参照）の両方の端部に溶接により固着されている補強部材２４に対して、接続ボルト４５並びに接続ナット４６により固定される。かかる場合には、この補剛梁２３における上部フランジ４１には、接続ボルト４５のボルト径に応じた孔４７を予め形成させておくことが必要になる。ちなみにこの補剛梁２３は、補強部材２４に対してボルト接合する場合に限定されるものではなく、溶接等により固着させるようにしてもよいが、作業の容易性や施工性を考慮するとボルト接合が好ましい。
【００３３】
また、この補剛梁２３は、いわゆるＨ形鉄骨梁で構成される場合に限定されるものではなく、例えば、断面が矩形且つ中空の角形鋼管等、セグメントに対する曲げ荷重に対して必要な耐力及び剛性を確保できる梁で構成することができる。
【００３４】
補剛梁２３は隣接する千鳥組されるセグメントのリング間の荷重伝達を行うことを目的とするため、補剛梁は少なくとも隣接２リングを連続して跨ることが望ましく、また、その長さは、トンネル内における作業性から最大で１０ｍ程度が好ましい。
【００３５】
補強部材２４は、図２の点線で示すように台形状又は長方形状（図示せず）の鋼板で構成されている。この補強部材２４は、図２、図３（ａ）に示すように、継手板２１に対してトンネル又は立坑の軸方向（図２の補剛梁２３の長手方向）に隣り合うセグメントの主桁２５の、セグメント高さ方向（図２における垂直方向）の前記補剛梁が配設されている側の当該主桁の端部に、前記隣り合う継手板の当接箇所を跨ぐように、溶接により固着されている。そして、補強部材２４には、トンネル又は立坑の周方向に隣接するセグメントの当接される継手板同士を跨いで、且つ上記周方向に対して略直角方向へ複数のセグメントに渡って、配設された補剛梁２３がセグメント４に対して螺着させるための接続ボルト４５により、固定される。補剛梁２３を補強部材２４に接合する手段としては溶接も可能であるが、作業の容易性や施工性を考慮するとボルト接合が好ましい。
【００３６】
そして、補強部材２４は、トンネル又は立坑の軸方向に隣接するセグメント同士において、一方の主桁に固着されている補強部材の周方向における端部と、当該主桁と軸方向に隣接する主桁に固着されている補強部材の端部とが、軸方向の１断面において重なっていること（図２においては、隣接するそれぞれの主桁に固着されている補強部材２４の端部同士は、台形状の斜面部分において一部が重なっている）がより好ましい。これにより、曲げモーメントが生じた時の応力の伝達がよりスムーズに行われるためである。
【００３７】
また、補強部材２４は、セグメント高さ方向において、補剛梁２３が配設される側と反対側にも固着配置しても良く、より耐力、剛性が向上する（図３（ｃ）参照）。
【００３８】
この補強部材２４のサイズ、形状は、この図２に示す例に限定されるものではなく、矩形状他、いかなるものであってもよい。周方向の長さとしては、少なくとも１ｍ以上（中央部すなわち軸方向に隣り合う継手板に対応する位置から周方向にそれぞれ５０ｃｍ以上）とることが好ましい。軸方向の幅としては、少なくともボルト頭がはみ出ない幅とすることが好ましい。
【００３９】
また、補強部材２４は主桁２５に溶接する板に替えて、主桁と一体化させた断面Ｌ字状の部材（例えば、山形鋼）または、断面Ｃ字状の部材（例えば、溝形鋼）を用いることも可能である。
【００４０】
伝達プレート２９は、長方形又は正方形の鋼板で構成されている。この伝達プレート２９は、継手板２１と主桁２５とが構成する隅角部の補剛梁２３側に、継手板２１及び主桁２５の両方に溶接により固着されており、更に、この伝達プレート２９には補剛梁が接続ボルト４５等により接合される。補剛梁２３を伝達プレート２９に接合する手段としては溶接も可能であるが、作業の容易性や施工性を考慮するとボルト接合が好ましい。
【００４１】
この伝達プレート２９の形状は、この図２に示す略正方形に限定されるものではなく、矩形状他、いかなるものであってもよい。サイズは少なくともボルト頭がはみ出ない幅とすることが好ましい。
【００４２】
このような構成からなる連結構造１１が適用されたシールドトンネル３は、例えば図４(a)に示すように、分岐合流部６１に接続される本線トンネル６２に対して適用されることになる。ちなみに、このような道路トンネル分岐合流部６０を構成する本線トンネル６２には、例えば図４(b)に示すような曲げモーメントが発生する。即ち、発生する曲げモーメントの分布は、本線トンネル６２の周方向において著しい格差があることがわかる。
【００４３】
ここで、シールドトンネル３を構成する各セグメントに対して曲げモーメントに基づく荷重が負荷された場合につき、説明をする。
【００４４】
たとえば図５(a)に示すように、一のセグメント４ａに負荷された力は、周方向に隣接する他のセグメント４ｂへ伝達されることになる。しかしながら、この周方向に隣接するセグメント４の境界には、上述した補剛梁２３が軸方向へ向けて配設されているところ、セグメント４ｂへの力の伝達は大きく抑えられることになる。その結果、力は、図中矢印で示されるように、これらセグメント４ａ、４ｂの軸方向に隣接するセグメント４ｃ、４ｄへと伝達していくことになる。
【００４５】
この隣接するセグメント４ｃ、４ｄへ伝達された力は、最終的にセグメント４ｂへと流れていくことになるが、これら力の伝達力を向上させるべく、本発明においては、補強部材２４を設けている。即ち、この補強部材２４を、隣接するセグメント４ｃ,４ｄに対して力が伝達される領域に沿って形成しておく。これにより、補剛梁２３により継手板２１を通しての、セグメント４ｂへの伝達が抑えられた力は、補強部材２４を介して補剛梁２３を迂回し、セグメント４ｂへと伝達することが可能となる。
【００４６】
図６は、図５(a)におけるセグメント４ｃ又はセグメント４ｄにおける点Ａ又は点Ｃと、補剛梁２３が配設される点Ｂとの間で曲げモーメントの発生率（セグメント継手が無いとした場合における当該点における発生曲げモーメントに対する比率）を解析した結果を示している。ちなみに、この図６では、補剛梁２３の剛性（補剛梁バネ定数）を変化させた場合の当該点における発生曲げモーメントの発生状況の関係を示している。本解析はトンネル外径１３ｍクラスの道路トンネル用セグメントを想定して、セグメント高さ５００ｍｍ、セグメント幅１２００ｍｍ、セグメント長２０００ｍｍの２主桁の鋼製セグメントを用いている。縦リブは５００ｍｍピッチで配置されるため、リング間のバネ定数は４．５×１０５kN/mと設定したものである。
【００４７】
セグメント継手部を設けない場合には、曲げモーメントの発生率は、点Ａ、点Ｂ、点Ｃともに均等に１．０になるが、セグメント継手を設けるのみの場合では、点Ｂにおける応力伝達性能が約４０％低下する一方、点Ａ、点Ｃにおける曲げモーメントの発生率は約２０％大きくなる。掛かる場合においては、セグメント継手では点Ｂに発生する曲げモーメントに抵抗しうる継手構造としなければならない。
【００４８】
そこで、補剛梁２３を配設するとともに補剛梁２３のバネ定数を増加させていくと、これに応じて点Ｂにおける応力伝達性能はさらに低下するところ、点Ｂにおける曲げモーメントの発生率はさらに約７０％程度まで小さくなり、その分、点Ａ、点Ｃにおける曲げモーメントの発生率はさらに約３５％程度まで大きくなることがわかる。
【００４９】
このように補剛梁２３を配設し、さらにこのバネ定数を補剛梁２３の形状や板厚を適切に選定することで調整することにより、点Ａ、点Ｃを含むセグメント４ｃ、４ｄへ伝達される力をコントロールすることができる。このセグメント４ｃ、４ｄへ伝達される力は、上述の如く補強部材２３を介して効率よく伝達されることが可能となり、連結構造１１全体の応力伝達性能を向上させることが可能となる。
【００５０】
このバネ定数はセグメントに配置される縦リブのバネ定数よりも大きく設定することで荷重伝達効果が大きく発揮されるため、補剛梁２３の形状や板厚を設定する場合には、縦リブのバネ定数を参照して決定すると良い。
【００５１】
即ち、本発明を適用した連結構造１１では、補剛梁２３並びに補強部材２４を配設するのみで、周方向に隣接するセグメント４の境界において曲げモーメントを抑えつつ、応力伝達性能を向上させることができる。この補剛梁２３並びに補強部材２４の配設は比較的容易であり、材料や工数に必要なコストの低減化をも図ることができる。また、従来技術の如く継手構造の構成を複雑化させる必要もなくなることから、さらなるコスト低減を図ることも可能となる。また、周方向に隣接するセグメント４の境界において曲げモーメントを小さくすることができることから、継手構造１１を構成する継手ボルト２２も細径化させることが可能となり、またこれら継手ボルト２２を多段配置させる必要もなくなることから、製作に伴う労力を軽減させることも可能となる。
【００５２】
なお、本発明を適用した連結構造１１は、例えば深度の大きい箇所にシールドトンネル３を配設する場合において、特に有用である。かかる場合においてシールドトンネル３には大きな曲げモーメントが局所的に負荷されることになるが、本発明を適用した連結構造１１では、周方向に隣接するセグメント４の境界において、大きな曲げモーメントが負荷されることがなく、耐久性そのものを向上させることができる。また極度に大きい曲げモーメントが負荷されるケースにおいては、継手ボルト２２の径を太径化させ、或いは継手ボルトの多段配置を実行することにより、これに対応することも可能となる。
【００５３】
また、シールドトンネル３が、図４に示す本線トンネル６２にとして適用される場合に、発生する曲げモーメントに応じて補剛梁２３の断面２次モーメントや、補強部材２４の形状を異ならせるようにしてもよい。
【００５４】
図５(b)は、本発明を適用した連結構造１１において、内面側が凸となるように曲げ変形が加わった場合について、また図５(c)は、外面側が凸となるように曲げ変形が加わった場合について示している。
【００５５】
図５(b)に示す方向に曲げ変形が加わった場合に、力の伝達ルートは、図５(a)に示すセグメント継手当接面１０１から接続ボルト４５を経て補剛梁２３、さらに接続ボルト４５を経て補強部材２４へと至ることになる。
【００５６】
これに対して、図５(c)に示す方向に曲げ変形が加わった場合に、力の伝達ルートは、伝達プレート２９から接続ボルト４５、補剛梁２３、隣設リング当接面１０２から接続ボルト４５を経て、補強部材２４へと至ることになる。
【００５７】
ちなみに、この補剛梁２３は、例えば図７に示すように、トンネル２次覆工構造内に設置するようにしてもよい。かかる場合において、補剛梁２３は、トンネル２次覆工用のコンクリート９５に内包されることになる。
【００５８】
また、本発明を適用した連結構造１１は、例えば図８(a)に示すように、地中に埋設された矩形トンネルとして具現化される矩形構造物７の壁面を構成するセグメント４に対して適用されるようにしてもよい。ちなみに、この矩形構造物７の壁面は、セグメント４が千鳥状に配置されている。図８(b)は、この矩形構造物７に負荷される曲げモーメントの分布を示している。曲げモーメントが局所的に大きくなる箇所のみにおいて、上述した連結構造１１を設けることにより、曲げモーメントに基づく力の伝達性能を向上させることができ、ひいては耐久性を向上させることが可能となる。
【００５９】
また、本発明を適用した連結構造１１は、例えば図９に示すような矩形立坑８の壁面を構成するセグメント４に対して適用されるようにしてもよい。ちなみに、この矩形立坑８の壁面には、セグメント４が底版８１に至るまで千鳥状に配置されている。このような矩形立坑８に適用される場合においても、同様に、曲げモーメントが局所的に大きくなる箇所のみにおいて、上述した連結構造１１を設けることにより、耐久性を向上させることが可能となる。
【００６０】
さらに、本発明を適用した連結構造１１は、橋の主桁を支持するための橋脚の壁体を構成する千鳥状のセグメント４等に用いるようにしてもよい。
【００６１】
また、図１０〜１４は、この継手構造１１のバリエーションの例を示している。
【００６２】
図１０（ａ）、（ｂ）に示す例では、補剛梁２３をシールドトンネル３の外面側（スキンプレート２８側）に配設する場合につき示している。ちなみに、この図１０（ａ）は、図２のＡ−Ａ方向からの側面、図１０（ｂ）は図２のＢ−Ｂ方向からの側面を示した図である。
【００６３】
また、図１１（ａ）、（ｂ）に示す例では、補剛梁２３をシールドトンネル３の内面側と外面側の双方に配設する場合につき示している。ちなみに、この図１０（ａ）は、図２のＡ−Ａ方向からの側面、図１０（ｂ）は図２のＢ−Ｂ方向からの側面を示した図である。
【００６４】
これらによっても同様にシールドトンネル３全体の構造耐力および剛性を向上させることが可能となる。特に図１１に示す例では、連結構造１１を橋脚の壁体としてのセグメント４に適用する場合において、橋脚の内外に補剛梁２３を設置し得る点において有用といえる。
【００６５】
また、図１２に示す例では、セグメント４並びに補強部材２４における継手板２１の当接箇所には、補剛梁２３の形状に応じた切り欠き９をシールドトンネル３の内面側に形成させる場合につき示している。即ち、このセグメント４は、切り欠き９の形状に応じた凹部を形成させるようにし、更に補強部材２４も、上部フランジ４１のフランジ面が当接可能な当接面２４ａを形成しつつ、セグメント４の内側へ折り曲げられた折り曲げ部２４ｂを形成しておく。ちなみに、この折り曲げ部２４ｂに沿って図示しない止水材を設けるようにしてもよい。
【００６６】
これにより、補剛梁２３の一部、又は全てをセグメント４の内側へ収めることが可能となり、継手構造１１全体をコンパクトな形状にまとめることが可能となる。
【００６７】
図１３に示す例では、シールドトンネル３の外面側に切り欠き９を形成し、かかる切り欠き９に補剛梁２３を配設する場合について示している。また、図１４に示す例では、シールドトンネル３の内面側と外面側の双方に切り欠き９を形成しておき、これら双方の切り欠き９に対して補剛梁２３を配設する場合につき示している。これらによっても同様にシールドトンネル３全体の構造耐力および剛性を向上させつつ、構造をコンパクトにまとめることが可能となる。
【００６８】
本発明のセグメントの連結構造において、セグメントを合成セグメントとする場合は、補強部材２４及び伝達プレート２９に接続ナット４５を予め点付け溶接等で固定しておき、コンクリート等の充填材を充填する際に、接続ナット４５の孔部を充填材で塞がれないように、接続ナット４５の周囲を鉄製等のボックスで覆い、当該ボックス内に充填材が入り込まないようにすれば良い。これにより、補剛梁２３を補強部材２４及び伝達プレート２９にボルト接続することが可能となる。
【００６９】
尚、本発明のセグメントの連結構造は、適用先のトンネル又は立坑の断面形状が矩形の場合、円形の場合等、形状は問わない。但し、補剛梁にＨ形鋼等の形鋼を使用し、且つ、トンネルの断面が円形で曲率が小さい場合においては、補剛梁をトンネルの曲率に合せて曲げる必要性が生じることがあり、製作時間増加及び製作コスト増大を招くこともあるため、断面矩形のトンネル等に適用することがより好ましい。
【００７０】
トンネルの断面が円形で曲率を有する場合については、その曲率に合せて補剛梁の熱間曲げ加工を行う（例えば、Ｈ形鋼の場合は、曲率に合せて、補強部材に取り付ける側のフランジを曲げ加工する）だけでなく、補剛梁は曲げ加工せずに、補剛梁とセグメントとの隙間に、ライナーとなる鋼板又は棒鋼等を補剛梁の長さに渡って装入することで対応することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係るセグメントの連結構造が適用されるシールドトンネルの例を示す図である。
【図２】シールドトンネルの軸方向、周方向に連結されたセグメントリングの正面図である。
【図３】（ａ）図２のＡ−Ａ方向の側面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセグメントを千鳥状に連結して構造物を構築するためのセグメントの連結構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルにおいては、複数のセグメントからなる覆工体をトンネル内面に組み立てて構築される。このとき、従来の円形トンネルと異なり、道路トンネル分岐合流部等においては、かかる分岐合流部と本線トンネルの接続部近傍において大きな曲げモーメントが局所的に負荷されることになる。
【０００３】
このためシールドトンネルにおいては、シールドトンネル全体の構造耐力および剛性を向上させるべく、隣接するセグメントリング間でセグメントを千鳥配置に連結し、かつセグメントリング間をリング間継手で結合することで、かかる連結をより強固にしている。
【０００４】
ところで、これらセグメントの連結構造においては、セグメント本体と比較してセグメント連結部の耐力および剛性が小さいため、大きな曲げモーメントが負荷される箇所においてこれを構築する場合には、特にこの連結構造について高耐力化、高剛性化を図る必要があった。
【０００５】
近年において提案された高耐力なセグメントの連結構造は、例えば、特許文献１等において開示されているが、これらはあくまで継手の構造をより複雑化させ、製作コストの増大を招くという点において問題があった。
【０００６】
また、従来においては、連結構造における継手構造を構成するボルト径をより太くし、ボルトを多段に亘って配置させ、或いは継手板の板厚を増大させることにより、かかる継手構造自体の高耐力化が試みられてきた。
【０００７】
しかしながら、かかる継手構造を構成するボルトの太径化を図る場合において、例えばＭ２０ｍｍ程度のボルト径をＭ５６ｍｍ程度まで太くすると、これを螺着させるための締め付け作業において作業者の負担が増大してしまう。また、かかるボルトを２段、更に、３段、４段と多段配置させる場合には、隣接するボルトの間隔が例えば数十ｍｍ程度と極めて狭小となるところ、さらなる高耐力化を図ることができない点において問題があった。
【０００８】
特にトンネル構造の大深度化が進展するに際し、トンネルに負荷される曲げモーメントが飛躍的に増大するところ、セグメントの継手構造に対して更なる高耐力化、高剛性化が要求されることになるが、継手構造の改良のみでは、かかる要求に応えることができなくなってきている。このため、かかる大深度におけるトンネル工事を実現する上でも、トンネル全体の構造耐力および剛性を向上し得る新たな連結構造を提案する必要があった。
【０００９】
そのため、特許文献２では、トンネル周方向に隣り合うセグメント同士の継手部を箱状とし、継手板を地山側に突出させて２箇所、セグメント内部側に１箇所設けてボルト接合し、更に箱内にグラウトを注入した高剛性、高耐力のセグメント連結構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−０９０１９７号公報
【特許文献２】特開平７−６２９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示のセグメントの連結構造では、トンネル周方向の連結においては、高耐力、高剛性になるものの、トンネル軸方向のセグメントリング間の耐力及び剛性は不十分であるという問題があった。
【００１１】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、複数のセグメントを千鳥状に連結するためのセグメントの連結構造において、特に大きな曲げモーメントに対しても、トンネル周方向及び軸方向共に対抗し得る高耐力及び高剛性のセグメントの連結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した問題点を解決するために、本発明のセグメントの連結構造は、（１）継手板及び主桁を有する複数のセグメントを千鳥状に連結するトンネル又は立坑を構成するセグメントの連結構造であって、トンネル又は立坑の周方向に隣接するセグメントの当接される継手板同士を跨いで、且つトンネル又は立坑の軸方向へ複数のセグメントに渡って、配設された補剛梁と、前記当接される継手板に対してトンネル又は立坑の軸方向に隣り合うセグメントの主桁において、セグメント高さ方向の前記補剛梁が配設されている側の当該主桁の端部に、前記隣り合う継手板の当接箇所を跨ぐように、溶接により固着された板状の補強部材とを備え、前記補剛梁は前記補強部材に接合されていることを特徴とする。
【００１３】
（２）（１）記載のセグメントの連結構造において、前記補剛梁が、Ｈ形鋼又は角形鋼管からなることを特徴とする。
【００１４】
（３）（１）又は（２）記載のセグメントの連結構造において、前記主桁に固着されている補強部材の前記周方向における端部と、当該主桁と前記軸方向に隣接する主桁に固着されている補強部材の端部とが、前記軸方向の１断面において重なっていることを特徴とする。
【００１５】
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載のセグメントの連結構造において、前記継手板と前記主桁とが構成する隅角部の前記補剛梁側には、板状の伝達プレートが前記継手板及び前記主桁に溶接により固着されており、且つ、当該伝達プレートに前記補剛梁が接合されていることを特徴とする。
【００１６】
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載のセグメントの連結構造において、前記補剛梁は、前記連結すべきセグメントのトンネル又は立坑の内面側、外面側の少なくともいずれかに配設されていることを特徴とする。
【００１７】
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載のセグメントの連結構造において、前記当接される継手板の高さをセグメント高さよりも低くし、当該継手板の高さに合せて前記継手板の当接箇所における前記主桁及び前記補強部材の形状を調整して、前記補剛梁のセグメント高さ方向の突出を小さくしたことを特徴とする。
【００１８】
（７）（１）〜（６）のいずれかに記載のセグメントの連結構造において、前記補剛梁が、トンネル２次覆工構造内に設置されていることを特徴とする。
【００１９】
尚、本発明でいうところのトンネルには、道路用、鉄道用に限らず、水路用や電線用等の暗渠を含むものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、トンネル又は立坑の周方向に隣接するセグメントの当接される継手板同士を跨いで、且つ上記周方向に対して略直角方向へ複数のセグメントに渡って、配設された補剛梁と、前記当接される継手板に対してトンネル又は立坑の軸方向に隣り合うセグメントの主桁において、セグメント高さ方向の前記補剛梁が配設されている側の当該主桁の端部に、前記隣り合う継手板の当接箇所を跨ぐように、溶接により固着された板状の補強部材とを備え、前記補剛梁は前記補強部材に接合されているセグメントの連結構造としていることから、大きな曲げモーメントが生じても、トンネル周方向及び軸方向共に対抗し得る、高耐力、高剛性なセグメントの連結構造とすることができる。
【００２１】
すなわち、補剛梁並びに補強部材を配設するのみで、周方向に隣接するセグメントの境界において曲げモーメントを抑えつつ、応力伝達性能を向上させることができる。この補剛梁並びに補強部材の配設は比較的容易であり、材料や工数に必要なコストの低減化をも図ることができる。また、従来技術の如く継手構造の構成を複雑化させる必要もなくなることから、セグメントの連結構造のさらなるコスト低減を図ることも可能となる。また、周方向に隣接するセグメントの境界において曲げモーメントを小さくすることができることから、継手構造を構成する継手ボルトも細径化させることが可能となり、またこれら継手ボルトを多段配置させる必要もなくなることから、製作に伴う労力を軽減させることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の対象となるセグメントは、鋼板を組立て或いは鋳造により製造される鋼殻セグメントおよび鋼殻の内部にコンクリートを充填してなる合成セグメントである。
【００２３】
鋼殻セグメントは主桁、継手板、スキンプレート、縦リブで構成されるものであり、合成セグメントには前記鋼殻セグメント内部にコンクリートを充填したものであるが、場合によってはコンクリート中に異形棒鋼を配置する構造もある。
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、複数のセグメントを千鳥状に連結するためのセグメントの連結構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係るセグメントの連結構造が適用されるシールドトンネル３の例を示している。この図１に示すように、シールドトンネル３は、複数の円弧状のセグメント４をセグメント継手部５においてリング状に連結した覆工体をトンネル内面に組み立てて構築される。このシールドトンネルにおいては、シールドトンネル３全体の構造耐力および剛性を向上させるべく、隣接するセグメントリング２間でセグメント４を千鳥配置に連結し、かつセグメントリング２間を結合することで、かかる連結をより強固にしている。
【００２６】
図２は、シールドトンネル３の軸方向、周方向に連結されたセグメントリング２のトンネル内面側の正面図である。この図２に示すように、各セグメント４は、周方向に隣接するセグメントを連結するための連結構造１１が形成されている。この連結構造１１は、連結すべきセグメント４の周方向端部に設けられた継手板２１と、周方向に隣接するセグメント４間で互いに当接させた継手板２１を固定させる継手ボルト２２とを有する継手部２０と、当接させた継手板２１同士を跨らせて周方向に対して略直角方向に（軸方向に）配設された補剛梁２３と、継手板２１の当接箇所に対応してトンネル３の軸方向に隣り合うセグメント４の主桁において、セグメント高さ方向の補剛梁２３が配設されている側の主桁２５端部に、隣り合う継手板２１の当接箇所を跨ぐように固着された補強部材２４と、好ましくは、当接される継手板２１と主桁２５との隅角部において、セグメント高さ方向の補剛梁２３側に固着された伝達プレート２９とを備えている。
【００２７】
図３（ａ）、（ｂ）は、図２に示す連結されたセグメントリングの一部側面図であり、（ａ）は図２のＡ−Ａ方向からの側面、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ方向からの側面を示した図である。
【００２８】
継手板２１は、例えば、セグメントリング２の側面図である図３(b)に示すように、周方向に隣接するセグメント４の接合面としての役割を果たす。継手板２１は、その上端がセグメント４の上面を構成するスキンプレート２８と接触させて構成される。この継手板２１の接合面には、継手ボルト２２を挿通可能な孔３１が上下、左右２箇所ずつ、計４箇所に亘り形成されている。この継手板２１は、隣接するセグメント４における継手板２１と当接させるときに、相互に孔３１の位置が合うように位置調整されることになる。継手板２１の高さにもよるが、継手ボルト２２を３段以上にすることは、施工性の悪化や、ボルト間隔の狭小化による耐力低下を招くため、あまり好ましくない。
【００２９】
継手ボルト２２は、この隣接するセグメント４間に当接させた継手板２１の孔３１に挿入される。この孔３１に挿入された継手ボルト２２の先端部２２ａは、相手側のセグメント４における継手板２１から突出されることになり、当該先端部２２ａに形成されている螺子部と継手ナット３２とを螺合させることにより、これら当接された継手板２１を強固に固定することが可能となる。
【００３０】
補剛梁２３は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、略鉛直に向けられたウェブ４２の上下端に上部フランジ４１と下部フランジ４３がそれぞれ形成されたいわゆるＨ形鉄骨梁（例えば、Ｈ形鋼）とすることが好ましい。図３の例は、この補剛梁２３をシールドトンネル３の内面側に配設する場合を示している。
【００３１】
図３（ａ）において、この補剛梁２３は、セグメント４の高さ方向におけるトンネル内面側の主桁２５（図２参照）端部に溶接により固着されている補強部材２４に対して、接続ボルト４５並びに接続ナット４６により固定される。かかる場合には、この補剛梁２３における上部フランジ４１には、接続ボルト４５のボルト径に応じた孔４７を予め形成させておくことが必要になる。ちなみにこの補剛梁２３は、補強部材２４に対してボルト接合する場合に限定されるものではなく、溶接等により固着させるようにしてもよいが、作業の容易性や施工性を考慮するとボルト接合が好ましい。
【００３２】
図３（ｂ）において、この補剛梁２３は、セグメント４の継手板２１と主桁２５とが構成する隅角部でのセグメント高さ方向のトンネル内面側において、継手板２１及び主桁２５（図２参照）の両方の端部に溶接により固着されている補強部材２４に対して、接続ボルト４５並びに接続ナット４６により固定される。かかる場合には、この補剛梁２３における上部フランジ４１には、接続ボルト４５のボルト径に応じた孔４７を予め形成させておくことが必要になる。ちなみにこの補剛梁２３は、補強部材２４に対してボルト接合する場合に限定されるものではなく、溶接等により固着させるようにしてもよいが、作業の容易性や施工性を考慮するとボルト接合が好ましい。
【００３３】
また、この補剛梁２３は、いわゆるＨ形鉄骨梁で構成される場合に限定されるものではなく、例えば、断面が矩形且つ中空の角形鋼管等、セグメントに対する曲げ荷重に対して必要な耐力及び剛性を確保できる梁で構成することができる。
【００３４】
補剛梁２３は隣接する千鳥組されるセグメントのリング間の荷重伝達を行うことを目的とするため、補剛梁は少なくとも隣接２リングを連続して跨ることが望ましく、また、その長さは、トンネル内における作業性から最大で１０ｍ程度が好ましい。
【００３５】
補強部材２４は、図２の点線で示すように台形状又は長方形状（図示せず）の鋼板で構成されている。この補強部材２４は、図２、図３（ａ）に示すように、継手板２１に対してトンネル又は立坑の軸方向（図２の補剛梁２３の長手方向）に隣り合うセグメントの主桁２５の、セグメント高さ方向（図２における垂直方向）の前記補剛梁が配設されている側の当該主桁の端部に、前記隣り合う継手板の当接箇所を跨ぐように、溶接により固着されている。そして、補強部材２４には、トンネル又は立坑の周方向に隣接するセグメントの当接される継手板同士を跨いで、且つ上記周方向に対して略直角方向へ複数のセグメントに渡って、配設された補剛梁２３がセグメント４に対して螺着させるための接続ボルト４５により、固定される。補剛梁２３を補強部材２４に接合する手段としては溶接も可能であるが、作業の容易性や施工性を考慮するとボルト接合が好ましい。
【００３６】
そして、補強部材２４は、トンネル又は立坑の軸方向に隣接するセグメント同士において、一方の主桁に固着されている補強部材の周方向における端部と、当該主桁と軸方向に隣接する主桁に固着されている補強部材の端部とが、軸方向の１断面において重なっていること（図２においては、隣接するそれぞれの主桁に固着されている補強部材２４の端部同士は、台形状の斜面部分において一部が重なっている）がより好ましい。これにより、曲げモーメントが生じた時の応力の伝達がよりスムーズに行われるためである。
【００３７】
また、補強部材２４は、セグメント高さ方向において、補剛梁２３が配設される側と反対側にも固着配置しても良く、より耐力、剛性が向上する（図３（ｃ）参照）。
【００３８】
この補強部材２４のサイズ、形状は、この図２に示す例に限定されるものではなく、矩形状他、いかなるものであってもよい。周方向の長さとしては、少なくとも１ｍ以上（中央部すなわち軸方向に隣り合う継手板に対応する位置から周方向にそれぞれ５０ｃｍ以上）とることが好ましい。軸方向の幅としては、少なくともボルト頭がはみ出ない幅とすることが好ましい。
【００３９】
また、補強部材２４は主桁２５に溶接する板に替えて、主桁と一体化させた断面Ｌ字状の部材（例えば、山形鋼）または、断面Ｃ字状の部材（例えば、溝形鋼）を用いることも可能である。
【００４０】
伝達プレート２９は、長方形又は正方形の鋼板で構成されている。この伝達プレート２９は、継手板２１と主桁２５とが構成する隅角部の補剛梁２３側に、継手板２１及び主桁２５の両方に溶接により固着されており、更に、この伝達プレート２９には補剛梁が接続ボルト４５等により接合される。補剛梁２３を伝達プレート２９に接合する手段としては溶接も可能であるが、作業の容易性や施工性を考慮するとボルト接合が好ましい。
【００４１】
この伝達プレート２９の形状は、この図２に示す略正方形に限定されるものではなく、矩形状他、いかなるものであってもよい。サイズは少なくともボルト頭がはみ出ない幅とすることが好ましい。
【００４２】
このような構成からなる連結構造１１が適用されたシールドトンネル３は、例えば図４(a)に示すように、分岐合流部６１に接続される本線トンネル６２に対して適用されることになる。ちなみに、このような道路トンネル分岐合流部６０を構成する本線トンネル６２には、例えば図４(b)に示すような曲げモーメントが発生する。即ち、発生する曲げモーメントの分布は、本線トンネル６２の周方向において著しい格差があることがわかる。
【００４３】
ここで、シールドトンネル３を構成する各セグメントに対して曲げモーメントに基づく荷重が負荷された場合につき、説明をする。
【００４４】
たとえば図５(a)に示すように、一のセグメント４ａに負荷された力は、周方向に隣接する他のセグメント４ｂへ伝達されることになる。しかしながら、この周方向に隣接するセグメント４の境界には、上述した補剛梁２３が軸方向へ向けて配設されているところ、セグメント４ｂへの力の伝達は大きく抑えられることになる。その結果、力は、図中矢印で示されるように、これらセグメント４ａ、４ｂの軸方向に隣接するセグメント４ｃ、４ｄへと伝達していくことになる。
【００４５】
この隣接するセグメント４ｃ、４ｄへ伝達された力は、最終的にセグメント４ｂへと流れていくことになるが、これら力の伝達力を向上させるべく、本発明においては、補強部材２４を設けている。即ち、この補強部材２４を、隣接するセグメント４ｃ,４ｄに対して力が伝達される領域に沿って形成しておく。これにより、補剛梁２３により継手板２１を通しての、セグメント４ｂへの伝達が抑えられた力は、補強部材２４を介して補剛梁２３を迂回し、セグメント４ｂへと伝達することが可能となる。
【００４６】
図６は、図５(a)におけるセグメント４ｃ又はセグメント４ｄにおける点Ａ又は点Ｃと、補剛梁２３が配設される点Ｂとの間で曲げモーメントの発生率（セグメント継手が無いとした場合における当該点における発生曲げモーメントに対する比率）を解析した結果を示している。ちなみに、この図６では、補剛梁２３の剛性（補剛梁バネ定数）を変化させた場合の当該点における発生曲げモーメントの発生状況の関係を示している。本解析はトンネル外径１３ｍクラスの道路トンネル用セグメントを想定して、セグメント高さ５００ｍｍ、セグメント幅１２００ｍｍ、セグメント長２０００ｍｍの２主桁の鋼製セグメントを用いている。縦リブは５００ｍｍピッチで配置されるため、リング間のバネ定数は４．５×１０５kN/mと設定したものである。
【００４７】
セグメント継手部を設けない場合には、曲げモーメントの発生率は、点Ａ、点Ｂ、点Ｃともに均等に１．０になるが、セグメント継手を設けるのみの場合では、点Ｂにおける応力伝達性能が約４０％低下する一方、点Ａ、点Ｃにおける曲げモーメントの発生率は約２０％大きくなる。掛かる場合においては、セグメント継手では点Ｂに発生する曲げモーメントに抵抗しうる継手構造としなければならない。
【００４８】
そこで、補剛梁２３を配設するとともに補剛梁２３のバネ定数を増加させていくと、これに応じて点Ｂにおける応力伝達性能はさらに低下するところ、点Ｂにおける曲げモーメントの発生率はさらに約７０％程度まで小さくなり、その分、点Ａ、点Ｃにおける曲げモーメントの発生率はさらに約３５％程度まで大きくなることがわかる。
【００４９】
このように補剛梁２３を配設し、さらにこのバネ定数を補剛梁２３の形状や板厚を適切に選定することで調整することにより、点Ａ、点Ｃを含むセグメント４ｃ、４ｄへ伝達される力をコントロールすることができる。このセグメント４ｃ、４ｄへ伝達される力は、上述の如く補強部材２３を介して効率よく伝達されることが可能となり、連結構造１１全体の応力伝達性能を向上させることが可能となる。
【００５０】
このバネ定数はセグメントに配置される縦リブのバネ定数よりも大きく設定することで荷重伝達効果が大きく発揮されるため、補剛梁２３の形状や板厚を設定する場合には、縦リブのバネ定数を参照して決定すると良い。
【００５１】
即ち、本発明を適用した連結構造１１では、補剛梁２３並びに補強部材２４を配設するのみで、周方向に隣接するセグメント４の境界において曲げモーメントを抑えつつ、応力伝達性能を向上させることができる。この補剛梁２３並びに補強部材２４の配設は比較的容易であり、材料や工数に必要なコストの低減化をも図ることができる。また、従来技術の如く継手構造の構成を複雑化させる必要もなくなることから、さらなるコスト低減を図ることも可能となる。また、周方向に隣接するセグメント４の境界において曲げモーメントを小さくすることができることから、継手構造１１を構成する継手ボルト２２も細径化させることが可能となり、またこれら継手ボルト２２を多段配置させる必要もなくなることから、製作に伴う労力を軽減させることも可能となる。
【００５２】
なお、本発明を適用した連結構造１１は、例えば深度の大きい箇所にシールドトンネル３を配設する場合において、特に有用である。かかる場合においてシールドトンネル３には大きな曲げモーメントが局所的に負荷されることになるが、本発明を適用した連結構造１１では、周方向に隣接するセグメント４の境界において、大きな曲げモーメントが負荷されることがなく、耐久性そのものを向上させることができる。また極度に大きい曲げモーメントが負荷されるケースにおいては、継手ボルト２２の径を太径化させ、或いは継手ボルトの多段配置を実行することにより、これに対応することも可能となる。
【００５３】
また、シールドトンネル３が、図４に示す本線トンネル６２にとして適用される場合に、発生する曲げモーメントに応じて補剛梁２３の断面２次モーメントや、補強部材２４の形状を異ならせるようにしてもよい。
【００５４】
図５(b)は、本発明を適用した連結構造１１において、内面側が凸となるように曲げ変形が加わった場合について、また図５(c)は、外面側が凸となるように曲げ変形が加わった場合について示している。
【００５５】
図５(b)に示す方向に曲げ変形が加わった場合に、力の伝達ルートは、図５(a)に示すセグメント継手当接面１０１から接続ボルト４５を経て補剛梁２３、さらに接続ボルト４５を経て補強部材２４へと至ることになる。
【００５６】
これに対して、図５(c)に示す方向に曲げ変形が加わった場合に、力の伝達ルートは、伝達プレート２９から接続ボルト４５、補剛梁２３、隣設リング当接面１０２から接続ボルト４５を経て、補強部材２４へと至ることになる。
【００５７】
ちなみに、この補剛梁２３は、例えば図７に示すように、トンネル２次覆工構造内に設置するようにしてもよい。かかる場合において、補剛梁２３は、トンネル２次覆工用のコンクリート９５に内包されることになる。
【００５８】
また、本発明を適用した連結構造１１は、例えば図８(a)に示すように、地中に埋設された矩形トンネルとして具現化される矩形構造物７の壁面を構成するセグメント４に対して適用されるようにしてもよい。ちなみに、この矩形構造物７の壁面は、セグメント４が千鳥状に配置されている。図８(b)は、この矩形構造物７に負荷される曲げモーメントの分布を示している。曲げモーメントが局所的に大きくなる箇所のみにおいて、上述した連結構造１１を設けることにより、曲げモーメントに基づく力の伝達性能を向上させることができ、ひいては耐久性を向上させることが可能となる。
【００５９】
また、本発明を適用した連結構造１１は、例えば図９に示すような矩形立坑８の壁面を構成するセグメント４に対して適用されるようにしてもよい。ちなみに、この矩形立坑８の壁面には、セグメント４が底版８１に至るまで千鳥状に配置されている。このような矩形立坑８に適用される場合においても、同様に、曲げモーメントが局所的に大きくなる箇所のみにおいて、上述した連結構造１１を設けることにより、耐久性を向上させることが可能となる。
【００６０】
さらに、本発明を適用した連結構造１１は、橋の主桁を支持するための橋脚の壁体を構成する千鳥状のセグメント４等に用いるようにしてもよい。
【００６１】
また、図１０〜１４は、この継手構造１１のバリエーションの例を示している。
【００６２】
図１０（ａ）、（ｂ）に示す例では、補剛梁２３をシールドトンネル３の外面側（スキンプレート２８側）に配設する場合につき示している。ちなみに、この図１０（ａ）は、図２のＡ−Ａ方向からの側面、図１０（ｂ）は図２のＢ−Ｂ方向からの側面を示した図である。
【００６３】
また、図１１（ａ）、（ｂ）に示す例では、補剛梁２３をシールドトンネル３の内面側と外面側の双方に配設する場合につき示している。ちなみに、この図１０（ａ）は、図２のＡ−Ａ方向からの側面、図１０（ｂ）は図２のＢ−Ｂ方向からの側面を示した図である。
【００６４】
これらによっても同様にシールドトンネル３全体の構造耐力および剛性を向上させることが可能となる。特に図１１に示す例では、連結構造１１を橋脚の壁体としてのセグメント４に適用する場合において、橋脚の内外に補剛梁２３を設置し得る点において有用といえる。
【００６５】
また、図１２に示す例では、セグメント４並びに補強部材２４における継手板２１の当接箇所には、補剛梁２３の形状に応じた切り欠き９をシールドトンネル３の内面側に形成させる場合につき示している。即ち、このセグメント４は、切り欠き９の形状に応じた凹部を形成させるようにし、更に補強部材２４も、上部フランジ４１のフランジ面が当接可能な当接面２４ａを形成しつつ、セグメント４の内側へ折り曲げられた折り曲げ部２４ｂを形成しておく。ちなみに、この折り曲げ部２４ｂに沿って図示しない止水材を設けるようにしてもよい。
【００６６】
これにより、補剛梁２３の一部、又は全てをセグメント４の内側へ収めることが可能となり、継手構造１１全体をコンパクトな形状にまとめることが可能となる。
【００６７】
図１３に示す例では、シールドトンネル３の外面側に切り欠き９を形成し、かかる切り欠き９に補剛梁２３を配設する場合について示している。また、図１４に示す例では、シールドトンネル３の内面側と外面側の双方に切り欠き９を形成しておき、これら双方の切り欠き９に対して補剛梁２３を配設する場合につき示している。これらによっても同様にシールドトンネル３全体の構造耐力および剛性を向上させつつ、構造をコンパクトにまとめることが可能となる。
【００６８】
本発明のセグメントの連結構造において、セグメントを合成セグメントとする場合は、補強部材２４及び伝達プレート２９に接続ナット４５を予め点付け溶接等で固定しておき、コンクリート等の充填材を充填する際に、接続ナット４５の孔部を充填材で塞がれないように、接続ナット４５の周囲を鉄製等のボックスで覆い、当該ボックス内に充填材が入り込まないようにすれば良い。これにより、補剛梁２３を補強部材２４及び伝達プレート２９にボルト接続することが可能となる。
【００６９】
尚、本発明のセグメントの連結構造は、適用先のトンネル又は立坑の断面形状が矩形の場合、円形の場合等、形状は問わない。但し、補剛梁にＨ形鋼等の形鋼を使用し、且つ、トンネルの断面が円形で曲率が小さい場合においては、補剛梁をトンネルの曲率に合せて曲げる必要性が生じることがあり、製作時間増加及び製作コスト増大を招くこともあるため、断面矩形のトンネル等に適用することがより好ましい。
【００７０】
トンネルの断面が円形で曲率を有する場合については、その曲率に合せて補剛梁の熱間曲げ加工を行う（例えば、Ｈ形鋼の場合は、曲率に合せて、補強部材に取り付ける側のフランジを曲げ加工する）だけでなく、補剛梁は曲げ加工せずに、補剛梁とセグメントとの隙間に、ライナーとなる鋼板又は棒鋼等を補剛梁の長さに渡って装入することで対応することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係るセグメントの連結構造が適用されるシールドトンネルの例を示す図である。
【図２】シールドトンネルの軸方向、周方向に連結されたセグメントリングの正面図である。
【図３】（ａ）図２のＡ−Ａ方向の側面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
継手板及び主桁を有する複数のセグメントを千鳥状に連結するトンネル又は立坑を構成するセグメントの連結構造であって、
トンネル又は立坑の周方向に隣接するセグメントの当接される継手板同士を跨いで、且つトンネル又は立坑の軸方向へ複数のセグメントに渡って配設された補剛梁と、
前記当接される継手板に対してトンネル又は立坑の軸方向に隣り合うセグメントの主桁において、セグメント高さ方向の前記補剛梁が配設されている側の当該主桁の端部に、前記隣り合う継手板の当接箇所を跨ぐように、溶接により固着された板状の補強部材とを備え、
前記補剛梁は前記補強部材に接合されていること
を特徴とするセグメントの連結構造。
【請求項２】
前記補剛梁は、Ｈ形鋼又は角形鋼管からなること
を特徴とする請求項１記載のセグメントの連結構造。
【請求項３】
前記主桁に固着されている補強部材の前記周方向における端部と、当該主桁と前記軸方向に隣接する主桁に固着されている補強部材の端部とは、前記軸方向の１断面において重なっていること
を特徴とする請求項１又は２記載のセグメントの連結構造。
【請求項４】
前記継手板と前記主桁とが構成する隅角部の前記補剛梁側には、板状の伝達プレートが前記継手板及び前記主桁に溶接により固着されており、且つ、当該伝達プレートに前記補剛梁が接合されていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
【請求項５】
前記補剛梁は、前記連結すべきセグメントのトンネル又は立坑の内面側、外面側の少なくともいずれかに配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
【請求項６】
前記当接される継手板の高さをセグメント高さよりも低くし、当該継手板の高さに合せて前記継手板の当接箇所における前記主桁及び前記補強部材の形状を調整して、前記補剛梁のセグメント高さ方向の突出を小さくしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
【請求項７】
前記補剛梁は、トンネル２次覆工構造内に設置されていること
を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のセグメントの連結構造。
【請求項１】
継手板及び主桁を有する複数のセグメントを千鳥状に連結するトンネル又は立坑を構成するセグメントの連結構造であって、
トンネル又は立坑の周方向に隣接するセグメントの当接される継手板同士を跨いで、且つトンネル又は立坑の軸方向へ複数のセグメントに渡って配設された補剛梁と、
前記当接される継手板に対してトンネル又は立坑の軸方向に隣り合うセグメントの主桁において、セグメント高さ方向の前記補剛梁が配設されている側の当該主桁の端部に、前記隣り合う継手板の当接箇所を跨ぐように、溶接により固着された板状の補強部材とを備え、
前記補剛梁は前記補強部材に接合されていること
を特徴とするセグメントの連結構造。
【請求項２】
前記補剛梁は、Ｈ形鋼又は角形鋼管からなること
を特徴とする請求項１記載のセグメントの連結構造。
【請求項３】
前記主桁に固着されている補強部材の前記周方向における端部と、当該主桁と前記軸方向に隣接する主桁に固着されている補強部材の端部とは、前記軸方向の１断面において重なっていること
を特徴とする請求項１又は２記載のセグメントの連結構造。
【請求項４】
前記継手板と前記主桁とが構成する隅角部の前記補剛梁側には、板状の伝達プレートが前記継手板及び前記主桁に溶接により固着されており、且つ、当該伝達プレートに前記補剛梁が接合されていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
【請求項５】
前記補剛梁は、前記連結すべきセグメントのトンネル又は立坑の内面側、外面側の少なくともいずれかに配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
【請求項６】
前記当接される継手板の高さをセグメント高さよりも低くし、当該継手板の高さに合せて前記継手板の当接箇所における前記主桁及び前記補強部材の形状を調整して、前記補剛梁のセグメント高さ方向の突出を小さくしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセグメントの連結構造。
【請求項７】
前記補剛梁は、トンネル２次覆工構造内に設置されていること
を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のセグメントの連結構造。
【図３】（ｂ）図２のＢ−Ｂ方向の側面図である。
【図３】（ｃ）補強部材がセグメント高さ方向の両端部に設置される場合における、図２のＡ−Ａ方向の側面図である。
【図４】本発明に係る連結構造が道路トンネル分岐合流部に適用される例につき示す図である。
【図５】一のセグメントに負荷される力の伝達経路につき説明するための図である。
【図６】点Ａ、Ｃと点Ｂとの間で曲げモーメントの発生率を解析した結果を示す図である。
【図７】補剛梁をトンネル２次覆工構造内に設置する場合につき説明するための図である。
【図８】地中に埋設された矩形トンネルとして具現化される矩形構造物に本発明を適用する例につき示す図である。
【図９】本発明に係る継手構造を矩形立坑の壁面を構成するセグメントに対して適用する例を示す図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ） 補剛梁をシールドトンネルの外面側に配設する場合につき示す図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ） 補剛梁をシールドトンネルの内面側と外面側の双方に配設する場合につき示す図である。
【図１２】補剛梁の形状に応じた切り欠きをシールドトンネルの内面側に形成させる場合につき示す図である。
【図１３】シールドトンネルの外面側に切り欠きを形成し、かかる切り欠きに補剛梁を配設する例について示す図である。
【図１４】シールドトンネルの内面側と外面側の双方に切り欠きを形成しておき、これら双方の切り欠きに対して補剛梁を配設する例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
２ セグメントリング
３ シールドトンネル
４ セグメント
５ セグメント継手部
９ 切り欠き
１１ 連結構造
２０ 継手部
２１ 継手板
２２ 継手ボルト
２３ 補剛梁
２４ 補強部材
２５ 主桁
２８ スキンプレート
２９ 伝達プレート
３１ 孔
３２ 継手ナット
４１ 上部フランジ
４２ ウェブ
４３ 下部フランジ
４５ 接続ボルト
４６ 接続ナット
４７ 孔
６１ 分岐合流部
６２ 本線トンネル
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図３】（ｃ）補強部材がセグメント高さ方向の両端部に設置される場合における、図２のＡ−Ａ方向の側面図である。
【図４】本発明に係る連結構造が道路トンネル分岐合流部に適用される例につき示す図である。
【図５】一のセグメントに負荷される力の伝達経路につき説明するための図である。
【図６】点Ａ、Ｃと点Ｂとの間で曲げモーメントの発生率を解析した結果を示す図である。
【図７】補剛梁をトンネル２次覆工構造内に設置する場合につき説明するための図である。
【図８】地中に埋設された矩形トンネルとして具現化される矩形構造物に本発明を適用する例につき示す図である。
【図９】本発明に係る継手構造を矩形立坑の壁面を構成するセグメントに対して適用する例を示す図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ） 補剛梁をシールドトンネルの外面側に配設する場合につき示す図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ） 補剛梁をシールドトンネルの内面側と外面側の双方に配設する場合につき示す図である。
【図１２】補剛梁の形状に応じた切り欠きをシールドトンネルの内面側に形成させる場合につき示す図である。
【図１３】シールドトンネルの外面側に切り欠きを形成し、かかる切り欠きに補剛梁を配設する例について示す図である。
【図１４】シールドトンネルの内面側と外面側の双方に切り欠きを形成しておき、これら双方の切り欠きに対して補剛梁を配設する例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
２ セグメントリング
３ シールドトンネル
４ セグメント
５ セグメント継手部
９ 切り欠き
１１ 連結構造
２０ 継手部
２１ 継手板
２２ 継手ボルト
２３ 補剛梁
２４ 補強部材
２５ 主桁
２８ スキンプレート
２９ 伝達プレート
３１ 孔
３２ 継手ナット
４１ 上部フランジ
４２ ウェブ
４３ 下部フランジ
４５ 接続ボルト
４６ 接続ナット
４７ 孔
６１ 分岐合流部
６２ 本線トンネル
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１００３４０（Ｐ２００７−１００３４０Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８９８１９（Ｐ２００５−２８９８１９）
【出願日】平成１７年１０月３日（２００５．１０．３）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３日（２００５．１０．３）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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